Linear energy transfer characterization of five gel dosimeter formulations for electron and proton therapeutic beams

Abstract

Resumen. Los dosímetros de gel, incluidos los tipos radiocrómicos como Fricke, así como las formulaciones de polímeros, se consideran la única opción confiable para una dosimetría 3D precisa. Sin embargo, su implementación en el control diario de la calidad clínica sigue siendo muy limitada para unos pocos centros de radioterapia altamente especializados. Aunque los dosímetros de gel presentan una muy buena equivalencia de agua debido a sus composiciones químicas e isotópicas inherentes, abordar los resultados dosimétricos correspondientes es un gran desafío y requiere una evaluación cuidadosa en términos de las diferentes calidades de radiación involucradas en el campo mixto. Las estimaciones precisas de la transferencia lineal de energía para cada formulación de dosímetro de gel sirven como base para una deconvolución de dosis más precisa en campos de radiación mixtos. El presente estudio informa sobre la caracterización de la transferencia lineal de energía de cinco formulaciones diferentes de dosímetros en gel, Fricke, Itabis, Magic, Nipam y Pagat, para haces terapéuticos de electrones y protones obtenidos mediante enfoques de Monte Carlo, junto con resultados experimentales con fines de validación. La transferencia lineal de energía, en función de la calidad del haz y la profundidad de penetración, se obtiene para haces terapéuticos de electrones y protones, destacando la presencia de variaciones no despreciables, que deben tenerse en cuenta para una implementación más precisa de la dosimetría en gel, así como para mediciones precisas. deconvolución de dosis en campos de radiación mixtos.

Abstract. Gel dosimeters, including radiochromic types like Fricke, as well as polymer formulations, are considered to be the only reliable option for accurate 3D dosimetry. Nevertheless, their implementation in daily clinical quality assurance still remains strongly limited for a few high specialized radiotherapy centres. Although gel dosimeters present very good water-equivalence due to their inherent chemical and isotopic compositions, addressing the corresponding dosimetry outputs is highly challenging, needing careful assessment in terms of the different radiation qualities involved in the mixed field. Accurate estimations of the linear energy transfer for each gel dosimeter formulation stands as a baseline for further accurate dose deconvolution in mixed radiation fields. The present study reports on the linear energy transfer characterization of five different gel dosimeter formulations, Fricke, Itabis, Magic, Nipam, and Pagat, for electron and proton therapeutic beams as obtained by Monte Carlo approaches, along with experimental results for validation purposes. The linear energy transfer, as a function of beam quality and penetration depth, is obtained for electron and proton therapeutic beams remarking the presence of non-negligible variations, which need to be accounted for a further accurate implementation of gel dosimetry as well as for precise dose deconvolution in mixed radiation fields.